Giải Toán 11 Bài 2: Cấp số cộng
Một ruộng bậc thang có thửa thấp nhất nằm ở độ cao 1 250 m so với mực nước biểu, độ chênh lệch giữa thửa trên và thửa dưới trung bình là 1,2 m.
Hỏi thửa ruộng ở bậc thứ 10 có độ cao là bao nhiêu so với mực nước biển?
Lời giải:
Ta có thửa ruộng thấp nhất có độ cao u1 = 1 250 m so với mực nước biển.
Thửa ruộng ở bậc thứ hai cao hơn so với mực nước biển là: u2 = 1 250 + 1,2 (m).
Thửa ruộng ở bậc thứ ba cao hơn so với mực nước biển là: u3 = 1 250 + 1,2 + 1,2 = 1 250 + 2.1,2 (m).
...
Thửa ruộng ở bậc thứ 10 cao hơn so với mực nước biển là: u10 = 1 250 + 9.1,2 = 1 260,8 (m)
I. Định nghĩa
Lời giải:
Số hạng thứ hai là số 3, so với số hạng đầu tiên ta thấy 3 lớn hơn – 2 năm đơn vị.
Số hạng thứ ba là số 8, so với số hạng đứng ngay trước nó ta thấy 8 hơn 3 năm đơn vị.
Số hạng thứ tư là số 13, so với số hạng đứng ngay trước nó ta thấy 13 hơn 8 năm đơn vị.
Số hạng thứ năm là số 18, so với số hạng đứng ngay trước nó ta thấy 18 hơn 13 năm đơn vị.
Số hạng thứ sáu là số 23, so với số hạng đứng ngay trước nó ta thấy 23 hơn 18 năm đơn vị.
Số hạng cuối là số 28, so với số hạng đứng ngay trước nó ta thấy 28 hơn 23 năm đơn vị.
Vậy ta thấy kể từ số hạng thứ hai trở đi số hạng sau hơn số hạng trước năm đơn vị.
Lời giải:
Công sai của cấp số cộng đã cho là: d = u2 – u1 = – 2 – (– 7) = 5.
Khi đó công thức tổng quát của cấp số cộng là: un = u1 + (n – 1)d = – 7 + (n – 1).5
Lời giải:
Ta có: un+1 = – 5(n + 1) + 7 = – 5n – 5 + 7 = – 5n + 2
Xét hiệu un+1 – un = – 5n + 2 – (– 5n + 7) = – 5
Do đó (un) là một cấp số cộng.
II. Số hạng tổng quát
Hoạt động 2 trang 50 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số cộng (un) có số hạng đầu u1, công sai d.
a) Viết năm số hạng đầu của cấp số cộng theo u1 và d.
b) Dự đoán công thức tính un theo u1 theo d.
Lời giải:
a) Năm số hạng đầu của cấp số cộng theo u1 và d là:
u1; u2 = u1 + d; u3 = u1 + 2d, u4 = u1 + 3d, u5 = u1 + 4d.
Luyện tập 3 trang 50 Toán 11 Tập 1: Hãy giải bài toán trong phần mở đầu.
Lời giải:
Độ cao các thửa ruộng so với mực nước biển tạo thành một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 1 250 m và công sai d = 1,2 (m).
Khi đó công thức tổng quát của cấp số cộng là: un = u1 + (n – 1).d = 1 250 + (n – 1).1,2.
Vậy độ cao của thửa ruộng thứ 10 so với mực nước biển là:
u10 = 1 250 + (10 – 1).1,2 = 1 260,8 m.
III. Tổng n số hạng đầu của một cấp số cộng
Hoạt động 3 trang 50 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số cộng (un) có số dạng đầu u1, công sai d.
a) So sánh các tổng sau: u1 + un; u2 + un-1; u3 + un-2; ...; un + u1.
b) Đặt Sn = u1 + u2 + u3 + ... + un. So sánh n(un + u1) với 2Sn.
Lời giải:
a) Ta có: u1 + un = u1 + u1 + (n – 1)d = 2u1 + (n – 1)d;
u2 + un-1 = u1 + d + u1 + (n – 1 – 1)d = 2u1 + (n – 1)d;
u3 + un-2 = u1 + 2d + u1 + (n – 2 – 1)d = 2u1 + (n – 1)d;
...
un + u1 = u1 + (n – 1)d + u1 = 2u1 + (n – 1)d.
Ta thấy u1 + un = u2 + un-1 = u3 + un-2 = ... = un + u1.
b) Ta có: 2Sn = 2.(u1 + u2 + u3 + ... + un) = (u1 + un) + (u2 + un-1) + ... + (un + u1)
= 2u1 + (n – 1)d + 2u1 + (n – 1)d + 2u1 + (n – 1)d + ... + 2u1 + (n – 1)d
= 2n.u1 + n(n – 1)d
= n(u1 + u1 + (n – 1)d)
= n(u1 + un).
Luyện tập 4 trang 51 Toán 11 Tập 1: Tính tổng n số hạng đầu của mỗi cấp số cộng sau:
a) 3; 1; – 1; ... với n = 10;
b) 1,2; 1,7; 2,2; ... với n = 15.
Lời giải:
a) Ta có: 3; 1; – 1; ... là cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 3 và công sai d = 1 – 3 = – 2.
Khi đó u10 = 3 + (10 – 1).(– 2) = 3 + (– 18) = – 15.
Tổng của 10 số hạng đầu của cấp số cộng là:
S10 = .
b) 1,2; 1,7; 2,2; ... với n = 15.
Ta có: 1,2; 1,7; 2,2; ... là cấp số cộng với số hạng ban đầu u1 = 1,2 và công sai d = 1,7 – 1,2 = 0,5.
Khi đó u15 = 1,2 + (15 – 1).0,5 = 8,2.
Tổng của 15 số hạng đầu của cấp số cộng là:
S15 = .
Bài tập
Bài 1 trang 51 Toán 11 Tập 1: Trong các dãy số sau, dãy số nào là cấp số cộng?
a) 10; – 2; – 14; – 26; – 38;
b) ;
c) 12; 22; 32; 42; 52;
d) 1; 4; 7; 10; 13.
Lời giải:
a) Ta có: 10; – 2; – 14; – 26; – 38 là cấp số cộng có số hạng đầu u1 = 10 và công sai của cấp số cộng là: d = – 12.
b) Ta có: là cấp số cộng có số hạng đầu là u1 = và công sai d = .
c) Ta có: 12; 22; 32; 42; 52 không là cấp số cộng vì 22 – 12 ≠ 32 – 22.
d) Ta có: 1; 4; 7; 10; 13 là cấp số cộng có số hạng đầu là u1 = 1 và công sai d = 3.
a) un = 3 – 2n;
b) un = ;
c) un = 3n.
Lời giải:
a) Ta có: un+1 = 3 – 2(n + 1) = 3 – 2n – 2 = 1 – 2n
Suy ra un+1 – un = 1 – 2n – 3 + 3n = – 2.
Vì vậy đây là một cấp số cộng có số hạng đầu u1 = 1 và công sai d = – 2.
b) Ta có: un+1 =
Xét hiệu un+1 – un =
Vì vậy đây là một cấp số cộng có số hạng đầu u1=2 và công sai d= .
c) Ta có: un+1 = 3n+1 = 3.3n
Xét hiệu un+1 – un = 3.3n – 3n = 2.3n với n ∈ ℕ*
Vì vậy đây không là một cấp số cộng.
Bài 3 trang 52 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số cộng (un) có số hạng đầu u1 = – 3, công sai d = 5.
a) Viết công thức của số hạng tổng quát un.
b) Số 492 là số hạng thứ mấy của cấp số cộng trên?
c) Số 300 có là số hạng nào của cấp số cộng trên không?
Lời giải:
a) Ta có công thức số hạng tổng quát của cấp số cộng (un) là: u1 = – 3 + (n – 1).5 = 5n – 8.
b) Xét un = 492
⇔ 5n – 8 = 492
⇔ n = 100.
Vậy số 492 là số hạng thứ 100 của cấp số cộng trên.
c) Xét un = 300
⇔ 5n – 8 = 300
⇔ n = 61,6 ∉ ℕ*
Vậy không tồn tại số hạng trong cấp số cộng bằng 300.
Bài 4 trang 52 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số cộng (un) có u1 = 4, u2 = 1. Tính u10.
Lời giải:
Công sai của cấp số cộng (un) là d = u2 – u1 = 1 – 4 = – 3.
Khi đó số hạng tổng quát của cấp số cộng là: un = u1 + (n – 1).d = 4 + (n – 1).(– 3)
Suy ra u10 = 4 + (10 – 1).(– 3) = 31.
Bài 5 trang 52 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số cộng (un) có u1 = và u1 + u2 + u3 = – 1.
a) Tìm công sai d và viết công thức của số hạng tổng quát un.
b) Số – 67 là số hạng thứ mấy của cấp số cộng trên.
c) Số 7 có phải là một số hạng của cấp số cộng trên không?
Lời giải:
a) Ta có: u1 + u2 + u3 = – 1
⇒ u1 + u1 + d + u1 + 2d = – 1
⇒ 3u1 + 3d = – 1
Mà u1 = nên d = -
Khi đó công thức tổng quát của cấp số cộng là: un = với mọi n ∈ ℕ*.
b) Xét un = = -67
n = 101
Vậy số – 67 là số hạng thứ 101 của dãy.
c) Xét un = 7
⇔ n = – 10 ∉ ℕ*
Vậy số 7 không phải là một số hạng trong cấp số cộng.
Lời giải:
Ta có: un+1 = 0,3.(n + 1) + 5 = 0,3n + 5,3
Xét hiệu un+1 – un = 0,3n + 5,3 – 0,3n – 5 = 0,3.
Do đó (un) là một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 5,3 và công sai d = 0,3.
Khi đó số hạng tổng quát của cấp số cộng un là: un = 5,3 + (n – 1).0,3
Suy ra u100 = 5,3 + (100 – 1).0,3 = 35.
Vậy tổng của 100 số hạng đầu của dãy số là: S100== 2 015.
xn = 75 + 5(n – 1).
(Nguồn: https://bibabo.vn)
a) Một đứa trẻ phát triển bình thường có chiều cao 3 năm tuổi là bao nhiêu centimet?
b) Dãy số (xn) có là một cấp số cộng không? Trung bình một năm, chiều cao mỗi đứa trẻ phát triển bình thường tăng lên bao nhiêu centimet?
Lời giải:
a) Chiều cao 3 năm tuổi của một đứa bé phát triển bình thường là:
x3 = 75 + 5(3 – 1) = 85 (cm).
b) Ta có: xn+1 = 75 + 5(n + 1 – 1) = 75 + 5n
Xét hiệu xn+1 – xn = 75 + 5n – [75 + 5(n – 1)] = 5
Do đó (xn) là một cấp số cộng có số hạng đầu x1 = 75 và công sai d = 5
Phương án 1: Năm thứ nhất, tiền lương là 120 triệu. Kể từ năm thứ hai trở đi, mỗi năm, tiền lương được tăng 18 triệu.
Phương án 2: Quý thứ nhất, tiền lương là 24 triệu. Kể từ quý thứ hai trở đi, mỗi quý tiền lương được tăng 1,8 triệu.
Nếu là người được tuyển dụng vào doanh nghiệp trên, em sẽ chọn phương án nào khi:
a) Kí hợp đồng lao động 3 năm?
b) Kí hợp đồng lao động 10 năm?
Lời giải:
+) Theo phương án 1: Gọi (un) là dãy số tiền lương của người lao động theo phương án 1 qua mỗi năm. Dãy số (un) lập thành một cấp số cộng có số hạng đầu u1 = 120 và công sai d = 18.
Khi đó số hạng tổng quát của cấp số nhân là: un = 120 + (n – 1).18.
+) Theo phương án 2: Gọi (vn) là dãy số tiền lương của người lao động theo phương án 2 qua từng quý. Dãy số (vn) lập thành một cấp số cộng có số hạng đầu v1 = 24 và công sai d = 1,8.
Khi đó số hạng tổng quát của cấp số nhân là vn = 24 + (n – 1).1,8.
a) Khi kí hợp đồng 3 năm tương đương với 12 quý ta có:
+) Theo phương án 1: u3 = 120 + (3 – 1).18 = 156 (triệu đồng)
Tổng số tiền lương nhận được sau 3 năm là:
= 414 (triệu đồng).
+) Theo phương án 2: u12 = 24 + (12 – 1).1,8 = 43,8.
Tổng số tiền lương nhận được sau 3 năm tương ứng với 12 quý là:
= 406,8 (triệu đồng).
Vậy nếu được tuyển dụng vào doanh nghiệp và kí hợp đồng lao động 3 năm thì nên theo phương án 1.
b) Khi kí hợp đồng 10 năm tương đương với 40 quý ta có:
+) Theo phương án 1: u10 = 120 + (10 – 1).18 = 282 (triệu đồng)
Tổng số tiền lương nhận được sau 10 năm là:
= 2010 (triệu đồng).
+) Theo phương án 2: u40 = 24 + (40 – 1).1,8 = 94,2.
Tổng số tiền lương nhận được sau 10 năm tương ứng với 40 quý là:
= 2 364 (triệu đồng).
Vậy nếu được tuyển dụng vào doanh nghiệp và kí hợp đồng lao động 10 năm thì nên theo phương án 2.